№ 3 (2018)

Рассмотрена проблема синтеза нанокомпозитов на алюминиевых матрицах, армированных углеродными нанотрубками, с высокими физико-механическими характеристиками, в части достижения однородной дисперсии углеродных нанотрубок в алюминиевой матрице композита. Разработаны основы технологии приготовления и определены требования к параметрам так называемой нормализованной шихты (высокооднородной по объему сухой смеси «алюминиевый порошок - одностенные углеродные нанотрубки»), предназначенной для эффективного синтеза композиционных гранул механическим легированием.
В качестве исходных материалов использовали порошок алюминиевый первичный дисперсный марки ПАД-1, одностенные углеродные нанотрубки TUBALL и стеариновую кислоту в качестве агента регулирования процесса. Процессы нормализации и механического легирования проводили в механическом реакторе авторской конструкции. Полученные композиционные гранулы подвергали холодному, а затем горячему компактированию. Показана эффективность предложенного авторами нового подхода к осуществлению эффективного армирования алюминиевого матричного порошка нанотрубками. В основу такого подхода положено обеспечение эффективной дисперсии углеродных нанотрубок в легируемый матричный материал за счет введения в технологию синтеза композиционных гранул, представляющих собой полуфабрикат для получения композиционного материала с высокими физико-техническими характеристиками, специальной технологической операции - «нормализации» шихты.
Представлены данные о достигаемых прочностных параметрах полуфабрикатов алюмоматричных композитов, при изготовлении которых использовали нормализованную шихту. Показано, что применение разработанной технологии нормализации шихты обеспечивает повышение прочностных характеристик полуфабрикатов композиционных материалов не менее чем на 25 % по сравнению с технологией без применения нормализации. Полученные в ходе исследований результаты могут быть использованы при совершенствовании технологий получения алюмо-матричных композитов.

Исчерпание существующих и введение новых месторождений приводит к постоянному увеличению коррозионной агрессивности добываемых сред, что повышает интенсивность разрушения нефтепромыслового оборудования. Для обеспечения достаточной работоспособности оборудования необходимы разработка и освоение новых сталей повышенной прочности и коррозионной стойкости. Требуется увеличение объема и разработки новых методик промысловых испытаний труб, только на основе таких испытаний можно получить надежные представления о механизмах и кинетике происходящих процессов коррозионно-механического разрушения и оценить работоспособность трубопроводных систем в реальных условиях эксплуатации определенного месторождения.
Приведены разработанные методики трех основных видов опытных промысловых испытаний: байпасные линии, периодический контроль лифтовых колонн и периодический контроль действующих трубопроводов. Характерной особенностью предложенных испытаний является системное проведение сравнительного анализа текущего состояния с состояниями до эксплуатации и предшествующих этапов испытаний. Для этого промысловые испытания сопровождаются обязательными дополнительными исследованиями, которые по функциональному назначению объединены в две группы. Первая группа характеризует исходное состояние металла и изменение его свойств после испытаний (химический и фазовый состав, структурное состояние металла, механические свойства, коррозионная стойкость). Вторая группа характеризует вызванные испытаниями коррозионные повреждения внутренней поверхности трубы (состояние внутренней поверхности; выявление преобладающего вида коррозионного разрушения; оценка скорости общей и локальной коррозии; фазовый, химический состав и морфология продуктов коррозии; микробиологические исследования).
Предложенные методики испытания позволяют получить наиболее полную информацию о работоспособности и кинетике развития разрушения труб в определенных условиях эксплуатации. В качестве примера приведены результаты сравнительных промысловых испытаний лифтовых колонн НКТ из новой стали 15Х5МФБЧ и из традиционных сталей 35Г2С и 35Г2Ф при эксплуатации на пяти месторождениях с разным составом добываемых сред.

Поскольку причина задержанного разрушения двухфазных латуней до конца не определена, промышленные поставки полуфабрикатов обладают нестабильными технологическими свойствами. В результате экспериментальных работ получены противоречивые данные касательно корневой причины растрескивания и влияния роста зерна при нагреве на склонность к образованию трещин, между тем современные требования к технологическим процессам требует максимальной минимизации потерь при переработке проката.
Статья посвящена подбору температурных интервалов горячей пластической деформации для исключения и уточнения связи размеров зерна β-фазы с растрескиванием, выполненных на основе промышленного эксперимента с последующим сравнительным металлографическим анализом партий различной технологичности. Был проведен сравнительный промышленный эксперимент между партиями различной технологичности, уточнены реальная температура горячей деформации, проведена подконтрольная штамповка с различной температуры нагрева. При последующем металлографическом анализе подтверждено предположение, что увеличение температуры штамповки может увеличивать уровень отклонений в одном случае и снижать в другом. Исследовано влияние исходной микроструктуры сплава ЛМцАЖН 59-3,5-2,5-0,5-0,4, температуры нагрева под штамповку на уровень и вид дефектности заготовок блокирующих колец синхронизатора изготовленных из различных партий труб. Установлено, что условия производства труб являются для растрескивания более значимым фактором, чем температура нагрева в заданном интервале. При нагреве до 780 °С на отдельных партиях формируется крупное зерно, что может быть обусловлено исходной текстурой зерна β'-фазы, однако не является корневой причиной разрушения. При нагреве до 700 °С не происходит растворение силицидов высокой дисперсности, что, возможно, обуславливает зарождение скрытых трещин при штамповке. Оптимальной температурой нагрева является 750 °С.

Температура процесса резания оказывает существенное влияние на качество обработанной поверхности и работоспособность инструмента. Одним из средств повышения эффективности процесса резания является рациональное использование вибраций (колебаний), в том числе ультразвуковой частоты. Однако аналитические исследования температуры точения с наложением вибраций отсутствуют. Приняли, что суммарная мощность тепловыделения при точении равна сумме мощностей тепловыделения источников, возникающих как результат перехода в теплоту работы деформирования и работы сил трения на передней и задней поверхностях инструмента. Приведены математические зависимости для расчета составляющих суммарной мощности тепловыделения. Приняли во внимание, что напряжение текучести, определяющее силы резания и трения на контактных поверхностях резца, заготовки и стружки, зависит от температуры в области пластической деформации. Закон распределения плотности тепловыделения на плоскости сдвига приняли равномерным; на поверхности контакта стружки с передней поверхностью резца приняли комбинированный закон; на поверхности контакта резца с заготовкой - несимметричный нормальный. Дана зависимость для расчета глубины резания при наложении колебаний в направлении, перпендикулярном обрабатываемой поверхности. Теплообмен на границах объектов, контактирующих с технологической жидкостью или воздухом, задан в форме закона Ньютона - Рихмана. Уравнения теплопроводности контактирующих объектов решали совместно с общими граничными условиями в зоне контакта, используя метод конечных элементов. Методика расчета на основе дискретных аналогов уравнений теплопроводности реализована в оригинальных программах. Результаты расчета температур при точении без наложения колебаний сравнивали с результатами, полученными экспериментальным путем, при этом расхождение расчетных и экспериментальных значений не превышает 10 %. Моделирование процесса точения с наложением ультразвуковых колебаний показало, что главная составляющая силы резания Pz снижается в среднем на 11 %, максимальная температура в зоне контакта задней поверхности резца с заготовкой - на 20 %, максимальная температура в зоне контакта передней поверхности резца со стружкой - на 26 %.